基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统技术方案

一种海上波浪发电领域的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，包括：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接，调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与浮箱连接并固定于海底岩土层内；所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。本发明专利技术具有发电能力高、发电效率高、发电成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种海上波浪发电领域的技术，具体是一种基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统。
技术介绍
我国能源消耗巨大，现有的电能70％来自于燃烧煤炭的火力发电，而钢铁、水泥、化工等高能耗行业每年也需要消耗大量的煤炭。燃煤对我国严重超标的PM2.5浓度贡献率在61％左右，为改善生存环境，人们越来越多地把目光投向可再生能源的开发与利用，其中波浪能的开发利用将改善因燃烧矿物能源对环境造成的破坏，缓解矿物能源逐渐枯竭的危机。根据海洋观测资料统计，中国沿海海域年平均波高在2.0m左右，波浪周期平均6s左右。台湾及福建、浙江、广东等沿海沿岸波浪能的密度可达5～8kW/m，波浪能资源十分丰富，总量约有5亿千瓦，可开发利用的约1亿千瓦。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104110347A，公开(公告)日2014.10.22，公开了一种漂浮式太阳能波浪复合发电装置，包括外壳、获能装置、太阳能光伏板和发电机，外壳包括上壳体和下壳体，太阳能光伏板设置在上壳体的内表面，获能装置包括摆动转动转换机构、支撑板和摆子，摆动转动转换机构包括齿轮传动机构、转动轴和转动块，齿轮传动机构包括齿轮、惰轮和齿圈，齿圈的内圈与惰轮相啮合，惰轮和齿轮相啮合，齿轮套在转动轴上，同时齿轮与转动轴之间设有单向轴承II，转动块与齿圈固定连接，转动块套在转动轴上，转动块和转动轴之间设有单向轴承I，转动块的底端与摆子固定连接。但是同一海域波浪的频率随时间变化受多种因素影响，而摆子的固有频率一定，故较难与波浪产生共振；同时该装置在波浪能转换过程中存在大量的能量损失，造成发电效率低下、产电能力不足和发电成本的增加；此外该装置结构复杂，在风浪环境下也容易造成零部件的损坏。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，能够提高波浪能转换器的发电能力和发电效率，降低波浪能转换器的发电成本。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接，调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与浮箱连接并固定于海底岩土层内；所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。技术效果与现有技术相比，本专利技术具有发电能力高、发电效率高、发电成本低的优点，现有的各类浮式波浪能转换器的发电功率一般低于150kW，而本专利技术的发电功率可达1080kW。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图中：摆板1、铰链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、水下齿轮箱5、传动轴6、水下永磁同步发电机7、肘板8、甲板平台9、调谐液柱共振器10、浮箱11、垫板12、张力腿13、水平撑材14。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例包括：摆板1、铰链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、水下齿轮箱5、传动轴6、水下永磁同步发电机7、甲板平台9、调谐液柱共振器10、浮箱11和张力腿13，其中：摆板1、铰链机构2、轮轴齿轮3、齿条4、水下齿轮箱5、传动轴6和水下永磁同步发电机7依次连接，摆板1和甲板平台9上下相对设置，铰链机构2与甲板平台9顶部固定连接，调谐液柱共振器10设置在甲板平台9的内部，甲板平台9左右两侧底部分别与浮箱11固定连接，张力腿13与浮箱11连接并固定于海底岩土层内；所述的调谐液柱共振器10内部设有晃荡液柱，该晃荡液柱的圆频率满足其中：L为液柱长度，g为重力加速度，g＝9.8m/s2；通过实测可得知系统所安装海域的主导波浪的圆频率大小，从而得到摆板1的主导转动圆频率的大小；根据摆板1的主导转动圆频率计算液柱长度L来使得调谐液柱共振器10的圆频率ω与摆板1的主导转动圆频率一致；当摆板1向一个方向转动时，调谐液柱共振器10内部的晃荡液柱将沿着相同的方向振荡，调谐液柱共振器10和摆板1之间产生同向共振，摆板1的振幅加大，传动轴6的转动速率加快，整个系统的发电能力得到提高。所述的甲板平台9、调谐液柱共振器10和浮箱11三者的浮力大于系统的重力，使得整个系统一直处于绷紧状态，有效保护并保持了系统的稳固运行。所述的张力腿13用于调节浮力与重力的差。所述的浮箱11优选为长方体浮体，浮力调节介质优选为空气。所述的位于甲板平台9底部两侧的浮箱11通过水平撑材14固定连接，以保持左右平衡。所述的张力腿13与浮箱11优选为通过垫板12相互连接。所述的水下齿轮箱5和水下永磁同步发电机7固定在肘板8上，肘板8与甲板平台9、浮箱11固定连接；所述的肘板8起到支撑水下齿轮箱5和水下永磁同步发电机7的作用，并优选为开设若干通孔，以减轻整体重量。所述的浮箱11的尺寸为：长×宽×高＝45m×10m×27m；所述的甲板平台9的尺寸为：长×宽×高＝60m×45m×14m；所述的水下永磁同步发电机7的功率为1080kW。本装置工作时，海面上的波浪驱动摆板1绕铰链机构2旋转，并带动轮轴齿轮3旋转，轮轴齿轮3旋转带动与其咬合的齿条4做往复运动，齿条4的往复运动带动水下齿轮箱5内的大齿轮做低速旋转，水下齿轮箱5内的大齿轮咬合小齿轮使其高速旋转，小齿轮带动传动轴6做高速转动；摆板1在摆动时，调谐液柱共振器10内部晃荡液柱与摆板1共振，摆板1的振幅加大，传动轴6的转动速率加快，水下永磁同步发电机7持续发电；该波浪能转换器系统通过海底电缆与陆上电网相联，所发出的电能被输送到沿岸的用电单位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征在于，包括：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接，调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与浮箱连接并固定于海底岩土层内；所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。

【技术特征摘要】
1.一种基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征在于，包括：摆板、铰链机构、
轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴、水下永磁同步发电机、甲板平台、调谐液柱共振器、
长方体浮箱和张力腿，其中：摆板、铰链机构、轮轴齿轮、齿条、水下齿轮箱、传动轴和水下
永磁同步发电机依次连接，摆板和甲板平台上下相对设置，铰链机构与甲板平台顶部固定连接，
调谐液柱共振器设置在甲板平台内部，甲板平台左右两侧底部分别与浮箱固定连接，张力腿与
浮箱连接并固定于海底岩土层内；
所述的摆板与调谐液柱共振器内的晃荡液柱共振。
2.根据权利要求1所述的基于共振的振荡纵荡式波浪能转换器系统，其特征是，所述的<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎光，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31